宇宙中有些东西不太对，至少根据物理学家目前所知的一切。随着时间的推移，恒星、星系、黑洞和所有其他天体都在以更快的速度相互远离。过去我们在宇宙附近的测量发现，宇宙向外爆炸膨胀的速度比开始时要快。根据科学家对宇宙的最佳描述，情况不应该是这样。如果对哈勃常数的测量是正确的，那就意味着目前的模型缺少了重要的新物理学，比如未被解释的基本粒子，或者神秘物质暗能量发生了奇怪的变化。现在发表在《皇家天文学会月刊》(Monthly bulletin of the Royal Astronomical Society)上的一项新研究中，科学家们以一种全新的方式测量了哈勃常数，证实了宇宙现在的膨胀速度确实比早期快。
博科园-科学科普：为了解释宇宙是如何从一个微小的、热的、稠密的液体等离子体微粒变成我们今天看到的广大宇宙空间，科学家们提出了被称为Lambda冷暗物质(LCDM)的模型。该模型限制了暗物质和暗能量的性质。暗物质是一种施加引力但不发光的物质，暗能量似乎与引力相反。LCDM可以成功地复制星系的结构和宇宙微波背景（宇宙的第一束光）以及宇宙中氢和氦的数量。但是它不能解释为什么宇宙现在比早期膨胀得更快。这意味着，要么LCDM模型是错误的，要么宇宙膨胀速度的测量是错误的。加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)研究员、这项新研究的主要作者西蒙·比勒(Simon Birrer)说：这种新方法的目的是最终解决关于宇宙膨胀率的争论。
这张哈勃望远镜拍摄的图像显示了一个双像类星体，它可以用来测量哈勃常数。利用这种双像类星体系统测量哈勃常数的新技术，可以帮助天文学家更好地理解宇宙的膨胀率是如何随时间变化。图片：NASA Hubble Space Telescope, Tommaso Treu/UCLA, and Birrer et al
到目前为止，新的独立测量结果证实了这种差异，表明可能需要新的物理学。为了确定哈勃常数，科学家们之前使用过几种不同的方法。一些利用了局部宇宙中的超新星(宇宙附近的部分)，而另一些则依赖于造父变星，即在亮度上有规律地跳动和闪烁的恒星类型，还有一些人研究了宇宙背景辐射。这项新研究使用了一种技术，利用类星体发出的光（由大质量黑洞提供能量的极其明亮的星系）试图打破这种束缚。诺贝尔奖得主、约翰霍普金斯大学太空望远镜科学研究所(Space Telescope Science Institute)研究员亚当里斯(Adam Riess)说：不管实验有多仔细，总有一些效果是内置在他们用来测量工具里的。因此当一个团队像这样出现，使用一套完全不同的工具……得到相同的答案时
可以很快得出结论，这个答案不是技术上的严重影响造成，我认为我们的信心正在增长，相信确实有一些有趣的事情正在发生。这项技术的原理是：当类星体发出的光线经过一个介入星系时，这个星系的引力会导致光线在撞击地球之前发生“引力弯曲”。这个星系就像一个透镜，将类星体的光扭曲成多个副本——最常见的是两个或四个副本，这取决于类星体相对于星系的排列。每一个副本在星系中都走了一条稍微不同的路径。类星体通常不像许多恒星那样稳定地发光。由于物质落入中央黑洞，它们的亮度会以小时为单位变化到数百万年。因此，当类星体影像以不相等的光路径被透镜化成多个副本时，类星体亮度的任何变化都会导致副本之间产生微妙的闪烁，因为来自某些副本的光到达地球需要更长时间。
通过这种差异，科学家们可以精确地确定我们离类星体和中间星系有多远。为了计算哈勃常数，天文学家们将这段距离与物体的红移进行了比较，红移指的是光谱中波长向红端移动的距离(红移表示随着宇宙的膨胀，物体的光被拉伸了多少)。在过去，科学家们已经研究过能产生四幅类星体图像或副本的系统发出的光。但是，在这篇新论文中，Birrer和合作者成功地证明了从只产生双星图像系统中测量哈勃常数是可能的。这极大地增加了可以研究的系统的数量，最终将使哈勃常数得到更精确的测量。四次出现类星体的图像非常罕见——整个天空中可能只有50到100个，而且不是所有的类星体都亮到可以测量，然而双透镜系统的频率要高5倍。
双透镜系统的新结果，加上之前测量的其他三个四透镜系统，使哈勃常数的值为每秒72.5公里每百万秒；这与其他局部宇宙测量结果是一致的，但仍然比来自遥远宇宙(更古老或更早期的宇宙)的测量结果高出8%左右。随着这项新技术被应用到更多的系统中，研究人员将能够确定遥远(或早期)宇宙和局部(更近)宇宙测量值之间的确切差异。到有一个非常精确的测量不一致的程度，因为最终这将是一个线索，让理论能够说明正在发生的事情。准确测量哈勃常数不仅有助于科学家了解宇宙正在以多快的速度膨胀。在确定宇宙的年龄和遥远星系的物理大小时，这个值是必不可少的。它也为天文学家提供了暗物质数量和暗能量的线索。至于解释什么可能是奇异物理学可能解释在膨胀率测量中的不匹配，那是一条很长的路。
博科园-科学科普｜参考期刊文献:《皇家天文学会月报》
文: Mara Johnson-Groh, Live Science
DOI:10.1093/mnras/stz200
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